24.5 Pole trójkąta. Pole wielokąta
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (2 pkt)
Oblicz pole równoległoboku $ABCD$, jeśli: $B(1, 1)$, $C(4, 3)$, $D(-1, 6)$.
Pole równoległoboku $ABCD$ wynosi $19$.
Aby obliczyć pole równoległoboku $ABCD$, skorzystamy ze wzoru na pole równoległoboku: $P = a \cdot h$, gdzie $a$ to długość podstawy, a $h$ to wysokość opuszczona na tę podstawę. Wysokość obliczymy jako odległość wierzchołka od prostej zawierającej podstawę.
Wybieramy bok $CD$ jako podstawę.
Współrzędne punktów to $C(4, 3)$ i $D(-1, 6)$.
1. Obliczamy długość podstawy $CD$:
Długość odcinka $CD$ jest dana wzorem:\[|CD| = \sqrt{(x_D - x_C)^2 + (y_D - y_C)^2}\]\[|CD| = \sqrt{(-1 - 4)^2 + (6 - 3)^2}\]\[|CD| = \sqrt{(-5)^2 + (3)^2}\]\[|CD| = \sqrt{25 + 9}\]\[|CD| = \sqrt{34}\]2. Wyznaczamy równanie prostej zawierającej podstawę $CD$:
Obliczamy współczynnik kierunkowy $a$:\[a = \frac{y_D - y_C}{x_D - x_C} = \frac{6 - 3}{-1 - 4} = \frac{3}{-5} = -\frac{3}{5}\]Równanie prostej w postaci kierunkowej $y - y_1 = a(x - x_1)$ dla punktu $C(4, 3)$:\[y - 3 = -\frac{3}{5}(x - 4)\]Mnożymy przez 5, aby pozbyć się ułamka:\[5(y - 3) = -3(x - 4)\]\[5y - 15 = -3x + 12\]Przekształcamy do postaci ogólnej $Ax + By + C = 0$:\[3x + 5y - 27 = 0\]3. Obliczamy wysokość $h$ jako odległość wierzchołka $B(1, 1)$ od prostej $3x + 5y - 27 = 0$:
Wzór na odległość punktu $(x_0, y_0)$ od prostej $Ax + By + C = 0$:\[h = \frac{|Ax_0 + By_0 + C|}{\sqrt{A^2 + B^2}}\]Dla punktu $B(1, 1)$ i prostej $3x + 5y - 27 = 0$ ($A=3, B=5, C=-27$):\[h = \frac{|3(1) + 5(1) - 27|}{\sqrt{3^2 + 5^2}}\]\[h = \frac{|3 + 5 - 27|}{\sqrt{9 + 25}}\]\[h = \frac{|-19|}{\sqrt{34}}\]\[h = \frac{19}{\sqrt{34}}\]Usuwamy niewymierność z mianownika:\[h = \frac{19\sqrt{34}}{34}\]4. Obliczamy pole równoległoboku $ABCD$:\[P = |CD| \cdot h\]\[P = \sqrt{34} \cdot \frac{19}{\sqrt{34}}\]\[P = 19\]
Zadanie 2 (2 pkt)
Oblicz pole trójkąta ABC, jeśli: $A(0, 0)$, $B(3, 4)$, $C(5, 0)$
Pole trójkąta ABC wynosi $10$.
Aby obliczyć pole trójkąta, skorzystamy ze wzoru $P = \frac{1}{2} \cdot a \cdot h$, gdzie $a$ to długość podstawy, a $h$ to wysokość opuszczona na tę podstawę. Jako podstawę wybierzemy odcinek $AB$, a wysokość będzie odległością punktu $C$ od prostej zawierającej odcinek $AB$.
1. Obliczamy długość podstawy $AB$:\[|AB| = \sqrt{(x_B - x_A)^2 + (y_B - y_A)^2}\]\[|AB| = \sqrt{(3 - 0)^2 + (4 - 0)^2}\]\[|AB| = \sqrt{3^2 + 4^2}\]\[|AB| = \sqrt{9 + 16}\]\[|AB| = \sqrt{25}\]\[|AB| = 5\]2. Wyznaczamy równanie prostej przechodzącej przez punkty $A(0, 0)$ i $B(3, 4)$:
Obliczamy współczynnik kierunkowy $a$:\[a = \frac{y_B - y_A}{x_B - x_A} = \frac{4 - 0}{3 - 0} = \frac{4}{3}\]Równanie prostej w postaci kierunkowej $y - y_A = a(x - x_A)$:\[y - 0 = \frac{4}{3}(x - 0)\]\[y = \frac{4}{3}x\]Mnożymy przez 3, aby pozbyć się ułamka:\[3y = 4x\]Przekształcamy do postaci ogólnej $Ax + By + C = 0$:\[4x - 3y = 0\]3. Obliczamy wysokość $h$ jako odległość punktu $C(5, 0)$ od prostej $4x - 3y = 0$:
Wzór na odległość punktu $(x_0, y_0)$ od prostej $Ax + By + C = 0$:\[h = \frac{|Ax_0 + By_0 + C|}{\sqrt{A^2 + B^2}}\]Podstawiamy $A=4, B=-3, C=0$ oraz $x_0=5, y_0=0$:\[h = \frac{|4(5) - 3(0) + 0|}{\sqrt{4^2 + (-3)^2}}\]\[h = \frac{|20 - 0|}{\sqrt{16 + 9}}\]\[h = \frac{|20|}{\sqrt{25}}\]\[h = \frac{20}{5}\]\[h = 4\]4. Obliczamy pole trójkąta $ABC$:\[P = \frac{1}{2} \cdot |AB| \cdot h\]\[P = \frac{1}{2} \cdot 5 \cdot 4\]\[P = 10\]
Zadanie 3 (3 pkt)
Prosta k: $2x - y - 4 = 0$ przecina parabolę o równaniu $y = x^2 - 4x + 1$ w punktach A i B. Oblicz:
a) współrzędne punktów A i B,
b) pole trójkąta ABW, gdzie W jest wierzchołkiem paraboli.
a) Współrzędne punktów przecięcia to $A = (1, -2)$ i $B = (5, 6)$.
b) Pole trójkąta ABW wynosi $6$.
a) Aby znaleźć współrzędne punktów przecięcia, rozwiązujemy układ równań:\[
\begin{cases} y = 2x - 4 \\ y = x^2 - 4x + 1 \end{cases}
\]Porównując prawe strony równań, otrzymujemy:\[2x - 4 = x^2 - 4x + 1\]\[x^2 - 6x + 5 = 0\]Rozwiązujemy równanie kwadratowe, np. przez faktoryzację:\[(x-1)(x-5) = 0\]Stąd pierwiastki to:\[x_1 = 1, \quad x_2 = 5\]Obliczamy odpowiadające współrzędne y, korzystając z równania prostej $y = 2x - 4$:\[y_1 = 2(1) - 4 = -2\]\[y_2 = 2(5) - 4 = 6\]Punkty przecięcia to $A = (1, -2)$ i $B = (5, 6)$.
b) Wyznaczamy współrzędne wierzchołka $W=(p, q)$ paraboli $y = x^2 - 4x + 1$, gdzie $a=1, b=-4, c=1$.\[p = \frac{-b}{2a} = \frac{-(-4)}{2(1)} = 2\]\[q = f(p) = f(2) = 2^2 - 4(2) + 1 = 4 - 8 + 1 = -3\]Zatem $W = (2, -3)$.
Obliczamy pole trójkąta ABW o wierzchołkach $A(1, -2)$, $B(5, 6)$, $W(2, -3)$ ze wzoru:\[P = \frac{1}{2} |(x_B - x_A)(y_W - y_A) - (y_B - y_A)(x_W - x_A)|\]\[P = \frac{1}{2} |(5 - 1)(-3 - (-2)) - (6 - (-2))(2 - 1)|\]\[P = \frac{1}{2} |(4)(-1) - (8)(1)|\]\[P = \frac{1}{2} |-4 - 8| = \frac{1}{2} \cdot 12 = 6\]
Zadanie 4 (3 pkt)
Wyznacz punkt C:
a) na osi OX, tak aby pole trójkąta ABC, gdzie $A(1, 5)$, $B(3, 1)$, było równe 10,
b) na osi OY, tak aby pole trójkąta ABC, gdzie $A(-3, 2)$, $B(5, 4)$, było równe 20.
a) $C_1(8.5, 0)$ lub $C_2(-1.5, 0)$
b) $C_1(0, 7.75)$ lub $C_2(0, -2.25)$
Do obliczenia pola trójkąta o wierzchołkach $A(x_A, y_A)$, $B(x_B, y_B)$, $C(x_C, y_C)$ używamy wzoru:\[ P = \frac{1}{2} |(x_B - x_A)(y_C - y_A) - (y_B - y_A)(x_C - x_A)| \]a)
Dane są punkty $A(1, 5)$, $B(3, 1)$ oraz pole $P = 10$. Punkt C leży na osi OX, więc jego współrzędne to $C(x_C, 0)$.
Podstawiamy dane do wzoru:\[ 10 = \frac{1}{2} |(3 - 1)(0 - 5) - (1 - 5)(x_C - 1)| \]\[ 10 = \frac{1}{2} |(2)(-5) - (-4)(x_C - 1)| \]\[ 10 = \frac{1}{2} |-10 + 4x_C - 4| \]\[ 10 = \frac{1}{2} |4x_C - 14| \]Mnożymy obie strony przez 2:\[ 20 = |4x_C - 14| \]Rozwiązujemy równanie z wartością bezwzględną:
$4x_C - 14 = 20$ lub $4x_C - 14 = -20$
$4x_C = 34$ lub $4x_C = -6$
$x_C = 8.5$ lub $x_C = -1.5$
Zatem szukane punkty to $C_1(8.5, 0)$ oraz $C_2(-1.5, 0)$.
b)
Dane są punkty $A(-3, 2)$, $B(5, 4)$ oraz pole $P = 20$. Punkt C leży na osi OY, więc jego współrzędne to $C(0, y_C)$.
Podstawiamy dane do wzoru:\[ 20 = \frac{1}{2} |(5 - (-3))(y_C - 2) - (4 - 2)(0 - (-3))| \]\[ 20 = \frac{1}{2} |(8)(y_C - 2) - (2)(3)| \]\[ 20 = \frac{1}{2} |8y_C - 16 - 6| \]\[ 20 = \frac{1}{2} |8y_C - 22| \]Mnożymy obie strony przez 2:\[ 40 = |8y_C - 22| \]Rozwiązujemy równanie z wartością bezwzględną:
$8y_C - 22 = 40$ lub $8y_C - 22 = -40$
$8y_C = 62$ lub $8y_C = -18$
$y_C = 7.75$ lub $y_C = -2.25$
Zatem szukane punkty to $C_1(0, 7.75)$ oraz $C_2(0, -2.25)$.
Zadanie 5 (3 pkt)
Na prostej $k: 2x - y - 1 = 0$ wyznacz punkt $B$ tak, aby pole trójkąta $ABC$, gdzie $A(1, 3)$, $C(5, 5)$, było równe 10.
Istnieją dwa takie punkty: $B_1 = (-1, -3)$ oraz $B_2 = (\frac{17}{3}, \frac{31}{3})$.
Pole trójkąta o wierzchołkach $A(x_A, y_A)$, $B(x_B, y_B)$, $C(x_C, y_C)$ można obliczyć ze wzoru:\[P = \frac{1}{2} |(x_B - x_A)(y_C - y_A) - (y_B - y_A)(x_C - x_A)| \]Mamy dane: $A(1, 3)$, $C(5, 5)$, $P=10$. Niech $B=(x_B, y_B)$.\[10 = \frac{1}{2} |(x_B - 1)(5 - 3) - (y_B - 3)(5 - 1)| \]\[20 = |(x_B - 1) \cdot 2 - (y_B - 3) \cdot 4| \]\[20 = |2x_B - 2 - 4y_B + 12| \]\[20 = |2x_B - 4y_B + 10| \]Dzieląc obie strony przez 2:\[10 = |x_B - 2y_B + 5| \]To równanie jest równoważne dwóm równaniom liniowym:
1) $x_B - 2y_B + 5 = 10 \implies x_B - 2y_B - 5 = 0$
2) $x_B - 2y_B + 5 = -10 \implies x_B - 2y_B + 15 = 0$
Punkt $B$ leży na prostej $k: 2x - y - 1 = 0$, więc jego współrzędne spełniają to równanie. Możemy wyznaczyć $y_B$ w zależności od $x_B$:\[y_B = 2x_B - 1 \]Rozwiązujemy dwa układy równań, podstawiając $y_B$ do każdego z dwóch powyższych równań.
Układ 1:\[x_B - 2(2x_B - 1) - 5 = 0 \]\[x_B - 4x_B + 2 - 5 = 0 \]\[-3x_B - 3 = 0 \implies x_B = -1 \]\[y_B = 2(-1) - 1 = -3 \]Otrzymujemy punkt $B_1 = (-1, -3)$.
Układ 2:\[x_B - 2(2x_B - 1) + 15 = 0 \]\[x_B - 4x_B + 2 + 15 = 0 \]\[-3x_B + 17 = 0 \implies x_B = \frac{17}{3} \]\[y_B = 2(\frac{17}{3}) - 1 = \frac{34}{3} - \frac{3}{3} = \frac{31}{3} \]Otrzymujemy punkt $B_2 = (\frac{17}{3}, \frac{31}{3})$.
Grupa B
Zadanie 1 (2 pkt)
Oblicz pole równoległoboku $ABCD$, jeśli: $B(2, -1)$, $C(5, 3)$, $D(-3, 4)$.
Pole równoległoboku $ABCD$ wynosi $35$.
Zadanie 2 (2 pkt)
Oblicz pole trójkąta ABC, jeśli: $A(-2, -1)$, $B(6, 5)$, $C(1, 8)$
Pole trójkąta ABC wynosi $27$.
Zadanie 3 (3 pkt)
Prosta k: $x + y - 5 = 0$ przecina parabolę o równaniu $y = -x^2 + 6x - 5$ w punktach A i B. Oblicz:
a) współrzędne punktów A i B,
b) pole trójkąta ABW, gdzie W jest wierzchołkiem paraboli.
a) Współrzędne punktów przecięcia to $A = (2, 3)$ i $B = (5, 0)$.
b) Pole trójkąta ABW wynosi $3$.
Zadanie 4 (3 pkt)
Wyznacz punkt C:
a) na osi OY, tak aby pole trójkąta ABC, gdzie $A(-1, -3)$, $B(4, 2)$, było równe 15,
b) na osi OX, tak aby pole trójkąta ABC, gdzie $A(-4, 1)$, $B(2, -5)$, było równe 9.
a) $C_1(0, 4)$ lub $C_2(0, -8)$
b) $C_1(0, 0)$ lub $C_2(-6, 0)$
Zadanie 5 (3 pkt)
Na prostej $k: x + y - 5 = 0$ wyznacz punkt $B$ tak, aby pole trójkąta $ABC$, gdzie $A(-2, 0)$, $C(0, 6)$, było równe 20.
Istnieją dwa takie punkty: $B_1 = (\frac{19}{4}, \frac{1}{4})$ oraz $B_2 = (-\frac{21}{4}, \frac{41}{4})$.
